(901) Электрические цепи постоянного тока. Руководство по выполнению базовых экспериментов эцпот. 001 Рбэ (901) 2006
 Скачать 3.82 Mb.
|
9. Коэффициент полезного действия электрической цепи9.1. Общие сведенияОтношение отдаваемой (выходной) мощности (или энергии) к мощности (или энергии) подводимой (входной) есть мера качества процесса преобразования. Это отношение, называемое коэффициентом полезного действия, определяется так: = PВЫХ PВХ ; = WВЫХ WВХ . Поскольку выходная мощность (энергия) из-за потерь меньше, чем входная, коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше 1. 9.2. Экспериментальная частьЗадание Определите КПД простой резистивной цепи (рис. 9.1) путем измерения тока и напряжения.  Рис. 9.1 Порядок выполнения эксперимента
= PВЫХ PВХ. Мощность, подводимая к линии Коэффициент полезного действия I = U = = PВЫХ PВХ = PВХ = U I = Мощность, отводимая от линии Коэффициент полезного действия в % I = U = = ( PВЫХ PВХ ) 100 = PВЫХ = U I = 10. Согласование источника и нагрузки по напряжению, току и мощности10.1. Общие сведенияВыходные величины напряжения, тока и мощности источника напряжения зависят от его первоначального напряжения (ЭДС) и внутреннего сопротивления, так же как от подключенной к нему нагрузки. Режим называется согласованным, если сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника. При этом в нагрузке потребляется максимальная мощность. Рис.11.2  Рис. 10.1 10.2. Экспериментальная частьЗадание Измеряя напряжение и ток источника (рис. 10.2), установите, когда имеется согласование. Измерения должны быть выполнены в режимах холостого хода, короткого замыкания и различных по величине нагрузок. Порядок выполнения эксперимента
 Рис. 10.2
Таблица 10.1
 Рис. 10.3 Вопрос: Когда имеют место согласование по току, согласование по напряжению и согласование по мощности? Ответ: .......................... 11. Процессы заряда и разряда конденсатора11.1 Общие сведенияКроме резисторов, в электрических и электронных цепях наиболее часто применяются конденсаторы. Их применения и конструкции многообразны. Основные параметры конденсаторов следующие: Емкость C, характеризующая способность конденсатора накапливать заряды на своих обкладках (электродах), величина которой пропорциональна площади обкладок конденсатора, диэлектрической постоянной изоляционного материала и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. Номинальное напряжение как наибольшее допустимое напряжение, которое может быть приложено к обкладкам конденсатора в течение продолжительного времени. Сопротивление изоляции между обкладками конденсатора, которое должно быть как можно большим ( 1 ГОм), так чтобы ток утечки был как можно меньше. Заряд, запасаемый в конденсаторе, который зависит от зарядного тока и времени его протекания. В процессе заряда постоянным напряжением или разряда конденсатора ток в нем и напряжение между его обкладками изменяются по экспоненциальному закону.
iС = (U R) e-t ; uС = U ( 1 - e-t ). Время , за которое зарядный ток снижается в е раз (2,718), называется постоянной времени. Таким образом через отрезок времени ток разряда составляет примерно 0,37 от первоначального значения U/R, через 2 – 0,135U/R, через 3 – 0,05 U/R и т.д. Соответственно, напряжение на конденсаторе возрастает за время до 0,63 U, за 2 – до 0,865U, за 3 – до 0,95 U/R и т.д. За время (3…4) процесс почти полностью затухает. Постоянная времени цепи, содержащей последовательно соединенные R и C, равна = R С.
iС = - (U R) e-t ; uС = U e-t , где также = R С. 11.2. Экспериментальная частьЗадание Выведите на дисплей виртуального осциллографа кривые изменения напряжения и тока заряда/разряда конденсатора и определите по кривым следующие параметры:
Порядок выполнения эксперимента  Рис. 11.1
 Рис.11.2
Постоянная времени цепи с конденсатором Эксперимент: Расчет: Ёмкость конденсатора C Эксперимент: Расчет: Мгновенное значение напряжения uC спустя 0,5 мс после включения Эксперимент : Расчет: 12. Процессы включения под напряжение и короткого замыкания катушки индуктивности12.1 Общие сведенияКатушки индуктивности выполняются медным, как правило, проводом, причем число витков и размеры проводника меняются в очень широких пределах. Основным параметром катушки является индуктивность L, которая характеризует величину противоЭДС, наводимой (индуктируемой) в катушке при заданном изменении тока в ней. Индуктивность пропорциональна числу витков катушки в квадрате и обратно пропорциональна магнитному сопротивлению пути, по которому замыкается магнитный поток, создаваемый током катушки. После подключения к цепи с катушкой постоянного напряжения ток в ней нарастает по экспоненциальному закону. Так, за время, равное значению постоянной времени цепи, ток увеличится до 63% своего установившегося значения. Постоянная времени , измеряемая в секундах, зависит от индуктивности катушки L, измеряемой в Генри (Гн), и эквивалентного омического сопротивления цепи R в Омах: = L R. После приложения постоянного напряжения к цепи с катушкой спустя время падение напряжения на катушке уменьшается до 37 % его максимальной величины и после примерно 3…4 достигает своего наименьшего значения, зависящего от омического сопротивления катушки. При коротком замыкании катушки в ней наводится (индуктируется) ЭДС самоиндукции, которая имеет полярность, противоположную внешнему напряжению и почти полностью затухает за время, равное (3…4). Мгновенные значения тока iL и падения напряжения uL катушки при включении и при коротком замыкании катушки можно рассчитать, используя следующие формулы: Ток включения катушки под напряжение U: iL = U R (1 - e-t ) . Падение напряжения на катушке при ее включении под напряжение U: uL = U e-t . Ток короткого замыкания катушки: iL = U R e-t . Падение напряжения на катушке при ее коротком замыкании: uL = - U e-t . 12.2. Экспериментальная частьЗадание Выведите на дисплей виртуального осциллографа кривые тока и напряжения при подключении катушки индуктивности к постоянному напряжению и ее коротком замыкании, определите следующие величины:
Экспериментальная часть  Рис. 12.1
Постоянная времени цепи с катушкой Эксперимент: Расчет: Индуктивность катушки L Эксперимент: Расчет: Мгновенное значение тока катушки iL спустя 0,02 мс после включения под напряжение Эксперимент : Расчет:  Рис.12.2 Литература1. Теоретические основы электротехники, Т 1, 2. Учебник для вузов / К.С. Демирчан, Л.Р.Нейман, Н.В. Коровин, В.Л.Чечурин. – СПб: Питер, 2004 2. Основы теории цепей. Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. –М.: Энергоатом издат, 1989. 3. Атабеков Г.И. Основы теории цепей, Учебник для вузов. М.: Энергия, 1969. 4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник для электротехн., энерг., приборостроит. спец. вузов. – М.: Гардарики, 2000. 5. Герасимов В.Г., Кузнецов Э.В., Николаева О.В. и др. Электротехника и электроника: В 3 кн. Учебник для студентов неэлектротехнических специальностей вузов. Кн 1. Электрические и магнитные цепи. – М.: Энергоатомиздат, 1996. 6. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Электротехника / Учебное пособие для неэлектротехнических специальностей вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. 7. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Матерников В.Е. Электротехника. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. 8. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: [Учебное пособие для неэлектротехнических специальностей вузов]: В 2 кн. – М.: Энергоатомиздат, 1995. |